VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM ERMITTELN EINES THERMISCHEN VERBRAUCHSWERTS EINES THERMISCHEN VERBRAUCHERS EINER ANLAGE

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln eines thermischen Verbrauchswerts eines bestimmten thermischen Verbrauchers unter einer Vielzahl von thermischen Verbrauchern 7a, 7b, 7n einer Anlage 10, die an einem Fluidkreislauf 3 angeschlossen sind, wobei die Vorrichtung eine Vielzahl von Sensoren 4, 5, 5a, 5b, 5n, 9, 9a, 9b, 9n, 12, 12a, 12b, 12n, 13a, 13b, 13n, die jeweils eingerichtet sind einen Anlagen-Parameter zu erfassen, und eine Ermittlungseinheit 8, die eingerichtet ist, mittels eines Vorhersagemodells den thermischen Verbrauchswert des bestimmten thermischen Verbrauchers auf Grundlage der erfassten Anlagen-Parameter zu ermitteln, umfasst, wobei die Anlagen-Parameter einen Gesamtvolumenstrom, eine Vorlauftemperatur und eine Rücklauftemperatur des Fluidkreislaufes 3 umfassen, und wobei das Vorhersagemodell eine vorbestimmte Beziehung des thermischen Verbrauchswerts des bestimmten thermischen Verbrauchers zu den Anlagen-Parametern über die Zeit beinhaltet.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln eines thermischen Verbrauchswerts eines bestimmten thermischen Verbrauchers unter einer Vielzahl von thermischen Verbrauchern einer Anlage, insbesondere eines Gebäudes, eines Wärmenetzes, eines Fracht- oder Kreuzfahrtschiffs oder dergleichen. Das Verfahren kann auch zur Erfassung und Abrechnung von Energieverbräuchen bestimmter thermischer Verbraucher unter einer Vielzahl von thermischen Verbrauchern einer Anlage verwendet werden.

[0002] Der Energieverbrauch derartiger Anlagen bzw. von in den Anlagen installierten thermischen Systemen liegt oftmals über dem erwarteten Bedarf. Ursachen hierfür können Fehlfunktionen in einem Automatisierungssystem oder in einzelnen Komponenten der Anlagen, des installierten thermischen Systems oder aber auch ein Fehlverhalten von Nutzern der Anlage bzw. des installierten thermischen Systems sein.

[0003] Um derartige Fehlfunktionen bzw. Fehlverhalten auffinden und anschließend beheben zu können und folglich die Energieeffizienz der Anlage bzw. des in der Anlage installierten thermischen Systems erhöhen zu können, werden herkömmlicherweise die einzelnen Komponenten bzw. Komponentengruppen des thermischen Systems mit geeigneten Messsensoren versehen. Anhand eines Vergleichs zwischen von durch die Messsensoren erfassten Daten und erwarteten Normwerten der Komponenten kann anschließend festgestellt werden, welche Komponenten oder welches Fehlverhalten zu dem erhöhten Energieverbrauch geführt haben. Ein derartiges Vorgehen ist jedoch äußerst zeit- und kostenintensiv.

[0004] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mittels derer ein thermischer Verbrauchswert eines thermischen Verbrauchers einer Anlage auf einfache und kostengünstige Weise ermittelt werden kann.

[0005] Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0006] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Ermitteln eines thermischen Verbrauchswerts eines bestimmten thermischen Verbrauchers unter einer Vielzahl von thermischen Verbrauchern einer Anlage, die an einem Fluidkreislauf angeschlossen sind, eine Vielzahl von Sensoren, die jeweils eingerichtet sind einen Anlagen-Parameter zu erfassen. Zudem umfasst die Vorrichtung eine Ermittlungseinheit, die eingerichtet ist, mittels eines Vorhersagemodells den thermischen Verbrauchswert des bestimmten thermischen Verbrauchers auf Grundlage der erfassten Anlagen-Parameter zu ermitteln. Erfindungsgemäß umfassen die Anlagen-Parameter einen Gesamtvolumenstrom, eine Vorlauftemperatur und eine Rücklauftemperatur des Fluidkreislaufes. Weiter erfindungsgemäß beinhaltet das Vorhersagemodell eine vorbestimmte Beziehung des thermischen Verbrauchswerts des bestimmten thermischen Verbrauchers zu den Anlagen-Parametern über die Zeit.

[0007] Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass jeder thermische Verbraucher typischerweise über eine Lastsignatur verfügt. Diese Lastsignatur kann eine Zeitverzögerung zwischen der Inbetriebnahme des thermischen Verbrauchers bis zu einer Veränderung der Rücklauftemperatur am Messpunkt und/oder einen Verlauf der Veränderung der Rücklauftemperatur über die Zeit, insbesondere im Verhältnis zur Vorlauftemperatur und/oder zum Gesamtvolumenstrom, umfassen. Diese Lastsignatur lässt sich in übergeordneten Messwerten wiederfinden. Die Ermittlungseinheit kann mittels des Vorhersagemodells das Betriebsverhalten einzelner thermischer Verbraucher rekonstruieren. Mit anderen Worten bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, dass lediglich wenige Sensoren innerhalb der Anlage installiert werden müssen, welche jeweils zumindest einen der genannten Anlagen-Parameter Gesamtvolumenstrom, Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur erfassen, um den thermischen Verbrauchswert beliebiger thermischen Verbraucher der Anlage anhand der Ermittlungseinheit mit Hilfe des Vorhersagemodells bestimmen zu können. Es können also mit wenigen Messpunkten detaillierte Informationen über ein Gesamtverhalten der Anlage erhalten werden. Die Messpunkte für den Gesamtvolumenstrom, Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur können überdies räumlich nah beieinander, beispielsweise an oder in der Nähe eines Heizaggregats bzw. Heizkessels zum Heizen der Anlage angeordnet werden. Fehlende reale Messwerte können durch "künstliche" Messwerte des Vorhersagemodells ersetzt werden. Folglich können der Aufwand für die Beschaffung und Installation von weiterer Messtechnik verringert und dadurch die Kosten zur Erfassung bestimmter Betriebsparameter gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen erheblich reduziert werden.

[0008] Es ist bekannt, dass ein Gesamtvolumenstrom v̇_ges der Anlage bzw. des Fluidkreislaufs, insbesondere bei Annahme einer konstanten Fluiddichte, als Summe aller Teilvolumenströme

der Anlage bzw. des Fluidkreislaufs berechnet werden kann.

[0009] Es gilt:

[0010] Mittels der ermittelten Anlagen-Parameter Gesamtvolumenstrom v̇_ges, Vorlauftemperatur T_VL, Rücklauftemperatur T_RL, der spezifischen Wärmekapazität c_p und einer bekannten Dichte ρ eines Fluids des Fluidkreislaufs lässt sich zudem eine thermische Leistung Q̇_H der Anlage bestimmen.

[0011] Es gilt:

[0012] Analog kann die thermische Leistung für Teilabschnitte der Anlage bzw. für einzelne thermische Verbraucher berechnet werden. Diese physikalischen Zusammenhänge können dem Vorhersagemodell zugrunde liegen. So wird für die Bestimmung eines thermischen Verbrauchswerts eines thermischen Verbrauchers bei bekannter Dichte des Fluids lediglich der Volumenstrom im thermischen Verbraucher sowie die Fluidtemperatur vor und nach dem thermischen Verbraucher benötigt. Unter "thermischen Verbrauchswert eines bestimmten thermischen Verbrauchers" kann also auch "Volumenstrom im bestimmten thermischen Verbraucher und Fluidtemperatur vor und nach dem bestimmten thermischen Verbraucher" verstanden werden.

[0013] Daraus kann die Wärme- bzw. Kälteenergie Q abgeleitet werden.

[0014] Es gilt:

[0015] Wie bereits eingangs erläutert kann die Anlage beispielsweise ein Gebäude sein. Die Anlage kann auch eine Vielzahl von Gebäuden, insbesondere Industriegebäude und/oder Wohngebäude, umfassen. Die Anlage kann eine Heizungsanlage mit beispielsweise einer Vielzahl von in der Anlage installierten Heizkörpern und/oder Fußbodenheizungen, welche die thermischen Verbraucher darstellen können, umfassen. Es können auch eine Vielzahl von Heizkörpern und/oder Fußbodenheizungen zusammen als ein thermischer Verbraucher aufgefasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Anlage auch eine Kühlungsanlage mit einer Vielzahl von in der Anlage installierten Kühleinrichtungen, beispielsweise Kühldecken, welche ebenfalls die thermischen Verbraucher darstellen können, umfassen. Es können auch eine Vielzahl von Kühleinrichtungen bzw. Kühldecken als ein thermischer Verbraucher aufgefasst werden.

[0016] Die Heizungsanlage bzw. die Kühlungsanlage kann den Fluidkreislauf umfassen, an den die thermischen Verbraucher der Vielzahl von thermischen Verbrauchern angeschlossen sind. Der Fluidkreislauf kann insbesondere einen Vorlauf, einen Rücklauf und eine Umwälzpumpe aufweisen. Der Fluidkreislauf kann des Weiteren ein oder mehrere Unterfluidkreisläufe umfassen, wobei an Abzweigungen des Fluidkreislaufs Ventile angeordnet sein können, die einen Fluidstrom durch den entsprechenden Unterfluidkreislauf einstellen können. An dem Fluidkreislauf kann ein Heizaggregat der Heizungsanlage und/oder ein Kühlaggregat der Kühlungsanlage angeschlossen sein.

[0017] Die Vorrichtung zum Ermitteln des thermischen Verbrauchswerts des bestimmten thermischen Verbrauchers unter der Vielzahl von thermischen Verbrauchern kann auch ausgebildet sein, sämtliche thermischen Verbrauchswerte der Vielzahl von thermischen Verbrauchern zu ermitteln, oder die thermischen Verbrauchswerte einer Untergruppe der Vielzahl von thermischen Verbrauchern zu ermitteln.

[0018] Die Sensoren zum Erfassen der jeweiligen Anlagen-Parameter können per Kabel und/oder kabellos mit der Ermittlungseinheit verbunden sein. Der Gesamtvolumenstrom kann beispielsweise in dem Vorlauf oder in dem Rücklauf mittels eines Volumenstrommessgeräts, welches als einer der Sensoren fungiert, gemessen werden. Der Vorlauf stellt dabei einen ersten Teil des Fluidkreislaufes dar. Als Vorlauf kann ein Rohrleitungsabschnitt des Fluidkreislaufs bezeichnet werden, welcher ausgehend von einem Austritt aus einem Heiz- oder Kühlaggregat, beispielsweise einer Wärmepumpe oder Kältemaschine, bzw. aus einem entsprechenden Kessel oder Tank, bis zu einem Eintritt in eine Heiz- oder Kühlfläche, d.h. bis in einen bestimmten Heizkörper, eine bestimmte Fußbodenheizung, oder eine bestimmte Kühleinrichtung bzw. Kühldecke oder dergleichen verläuft. Als Rücklauf kann ein Rohrleitungsabschnitt des Fluidkreislaufs bezeichnet werden, welcher ausgehend von einem Austritt aus der Heiz- oder Kühlfläche bis zum Eintritt in das Heiz- oder Kühlaggregat verläuft.

[0019] Die Vorlauftemperatur T_VL kann innerhalb des Vorlaufs mittels eines Temperaturmessgeräts, welches einen weiteren der Sensoren darstellt, gemessen werden.

[0020] Die Rücklauftemperatur T_RL kann innerhalb des Rücklaufs mittels eines weiteren Temperaturmessgerätes, welches einen weiteren der Sensoren darstellt, erfasst werden.

[0021] Die Ermittlungseinheit ist eingerichtet, den thermischen Verbrauchswert des bestimmten thermischen Verbrauchers mittels des Vorhersagemodells auf Grundlage der erfassten Anlagen-Parameter zu ermitteln. Die Ermittlungseinheit kann hierfür eine Speichereinheit, in der das Vorhersagemodell und/oder Messdaten abgespeichert sind, sowie eine Recheneinheit bzw. Prozessoreinheit aufweisen. Das Vorhersagemodell beinhaltet eine vorbestimmte bzw. vorbestimmbare Beziehung des zu ermittelnden thermischen Verbrauchswerts des bestimmten thermischen Verbrauchers zu den erfassten Anlagen-Parametern. Insbesondere umfasst das Vorhersagemodell Informationen zu der Lastsignatur zumindest des bestimmten thermischen Verbrauchers der Vielzahl von thermischen Verbrauchern, vorzugsweise Informationen zu den Lastsignaturen mehrerer oder sämtlicher thermischen Verbraucher der Vielzahl von thermischen Verbrauchern. Die jeweilige Lastsignatur kann eine Zeitverzögerung zwischen dem Einschaltzeitpunkt bzw. der Aktivierung des thermischen Verbrauchers bis zu einer Veränderung der Rücklauftemperatur am Messpunkt und/oder einen Verlauf der Veränderung der Rücklauftemperatur über die Zeit, insbesondere im Verhältnis zur Vorlauftemperatur, zum Gesamtvolumenstrom und/oder zu anderen Anlagen-Parametern, umfassen. Das Vorhersagemodell kann Gleichungen, Fallunterscheidungen und/oder Nachschlagetabellen aufweisen. Bei einfachen Anlagen, insbesondere aufweisend eine geringe Anzahl thermischer Verbraucher mit jeweils eindeutigen, voneinander unterschiedlichen Lastsignaturen, können die Gleichungen, Fallunterscheidungen und/oder Nachschlagetabellen anhand von experimentell ermittelten Daten und/oder bekannten physikalischen Zusammenhängen analytisch bestimmt werden, gegebenenfalls rechnerunterstützt.

[0022] Es ist auch denkbar, das Vorhersagemodell direkt mit einem dynamischen Simulationsmodell zu versehen. Das dynamische Simulationsmodell kann "von Menschen erstellt" sein, insbesondere rechnerunterstützt, und kann eine oder mehrere Formeln umfassen, welche bekannte und/oder analytisch bestimmte physikalische Zusammenhänge innerhalb der Anlage darstellen, insbesondere physikalische Zusammenhänge der thermischen Verbraucher und/oder der Anlagen-Parameter. Die eine oder mehreren Formeln können explizit im Vorhersagemodell hinterlegt werden. Die eine oder mehreren Formeln können hierbei eine oder mehrere der in der vorliegenden Beschreibung genannten Gleichungen bzw. Kombinationen davon umfassen. Das dynamische Simulationsmodell bzw. die eine oder mehreren Formeln können spezifische Parameter des Fluidkreislaufs, beispielsweise betreffend die Rohrleitungskonfiguration, insbesondere Rohrlängen, Rohrdurchmesser, Rohrmaterial, und/oder die Norm (beispielsweise DIN) verwendeter Rohre, oder betreffend das verwendete Fluid, umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann das dynamische Simulationsmodell bzw. die eine oder mehreren Formeln spezifische Parameter von einem oder mehreren thermischen Verbrauchern und/oder spezifische Parameter der Anlage umfassen. Spezifische Parameter eines thermischen Verbrauchers können beispielsweise sein: die Position im Fluidkreislauf, die nominelle Wärme- bzw. Kälteleistung, Abmessungen der Wärmeübertragungsfläche, Ansprechverhalten und/oder Strömungswiderstand. Spezifische Parameter der Anlagen können beispielsweise sein: Position und/oder Abmessungen der Räume bzw. der Innen- und/oder Außenwände, Wärmeübertragungseigenschaften der Innen- und/oder Außenwände und/oder Parameter betreffend Fenster und Türen der Anlage, beispielsweise Position, Abmessungen und/oder Wärmeübertragungseigenschaften.

[0023] Bei komplexen Anlagen mit einer großen Vielzahl von thermischen Verbrauchern, die beispielsweise jeweils veränderliche und/oder zueinander ähnliche Lastsignaturen haben, kann der Aufwand zum Erstellen des Vorhersagemodells durch Verwenden einer künstlichen Intelligenz deutlich vereinfacht werden, wie später im Detail beschrieben.

[0024] Bevorzugt umfassen die Anlagen-Parameter zudem ein oder mehrere der folgenden, jeweils mittels eines entsprechenden Sensors erfassten Parameter, wie beispielsweise eine Stromaufnahme einer Umwälzpumpe des Fluidkreislaufs, eine Ventilstellung an einer Abzweigung des Fluidkreislaufs, eine Rücklauftemperatur eines Unterfluidkreislaufs, ein Volumenstrom eines Unterfluidkreislaufs, ein Fluiddruck an einem Leitungsabschnitt des Fluidkreislaufs, eine Außenlufttemperatur, eine Raumtemperatur eines Raums der Anlage, insbesondere die Raumtemperatur des Raumes, in welchem der bestimmte Verbraucher angeordnet ist, eine Raumbelegung eines Raums der Anlage, insbesondere die Raumbelegung des Raumes, in welchem der bestimmte Verbraucher angeordnet ist, eine Uhrzeit, ein Datum und/oder eine Intensität einer Sonnenstrahlung auf die Anlage. Es ist auch denkbar, dass die Anlagen-Parameter eine Druckdifferenz zwischen dem Vor- und Rücklauf umfassen. Die Druckdifferenz kann von der Umwälzpumpe erfasst werden.

[0025] Die vorstehend genannten Anlagen-Parameter stellen insbesondere Parameter dar, die einen direkten oder indirekten physikalischen Zusammenhang zu den thermischen Verbrauchswerten der an dem Fluidkreislauf angeschlossenen thermischen Verbraucher aufweisen. Die vorstehend genannten Anlagen-Parameter sind insbesondere zeitlich veränderliche bzw. variable Parameter. Die Ermittlungseinrichtung kann eingerichtet sein, den thermischen Verbrauchswert des bestimmten thermischen Verbrauchers ausschließlich auf Grundlage der vorstehend genannten erfassten Anlagen-Parameter, bzw. einer Untergruppe davon, zu ermitteln. Wie bereits vorstehend angedeutet, kann diese Ermittlung implizit, d.h. über vorhergesagte Parameter eines dem bestimmten thermischen Verbraucher zugehörigen Unterfluidkreislaufes, oder explizit, d.h. durch Vorhersage einer dem bestimmten thermischen Verbraucher über die Zeit zugeführten bzw. von dieser abgegebenen Wärmemenge pro Zeiteinheit oder dergleichen, ausgeführt werden. Die von der Ermittlungseinheit erfassten Anlagen-Parameter umfassen insbesondere keine Parameter, die eine direkte Ermittlung bzw. Berechnung des thermischen Verbrauchswerts des bestimmten thermischen Verbrauchers aufgrund allgemein bekannter physikalischer Zusammenhänge erlaubt, wie z.B. den Volumenstrom des Fluids im bestimmten thermischen Verbraucher in Kombination mit der Temperatur des Fluids vor und nach dem bestimmten thermischen Verbraucher. Der Volumenstrom des Fluids im bestimmten thermischen Verbraucher in Kombination mit der Temperatur des Fluids vor und nach dem bestimmten thermischen Verbraucher kann vielmehr durch die Ermittlungseinheit mittels des Vorhersagemodells auf Grundlage der erfassten Anlagen-Parameter ermittelt und als thermischer Verbrauchswert ausgegeben werden.

[0026] Durch Berücksichtigung der Stromaufnahme der Umwälzpumpe des Fluidkreislaufes können Rückschlüsse auf einen Inbetriebnahme- bzw. Aktivierungszeitpunkt und/oder einen Betriebszustand von einem oder mehreren thermischen Verbrauchern der Anlage gezogen werden.

[0027] Es ist bekannt, dass eine elektrische Pumpleistung P_el der Umwälzpumpe, neben einer Funktion in Abhängigkeit von einer Stromstärke I und einer Spannung U, auch als Funktion in Abhängigkeit des Volumenstroms v̇ und eines Druckgradienten dP formuliert werden kann.

[0028] Es gilt:

[0029] Folglich können anhand des erfassten Volumenstroms v̇ und der erfassten Stromstärke I, d.h. der Stromaufnahme, sowie deren zeitliche Veränderung

Rückschlüsse auf den Druckgradienten dP innerhalb des Fluidkreislaufs der Anlage gezogen werden. Es hat sich herausgestellt, dass jeder thermische Verbraucher aufgrund seiner Verortung in der Anlage, d.h. innerhalb des thermischen Systems, und seiner spezifischen Kennwerte in Abhängigkeit von seinem Betriebszustand einen spezifischen Druckgradienten dP innerhalb des Fluidkreislaufs der Anlage bzw. des thermischen Systems hervorruft. Durch Berücksichtigung der Stromaufnahme bzw. der Pumpleistung der Umwälzpumpe kann daher die Genauigkeit des Vorhersagemodells weiter verbessert werden.

[0030] Durch Berücksichtigung einer Ventilstellung an einer Abzweigung des Fluidkreislaufes können Rückschlüsse gezogen werden, welcher Unterfluidkreislauf des Fluidkreislaufes und damit welchen an diesen Unterfluidkreislauf angeschlossenen thermischen Verbrauchern, zu welchem Zeitpunkt bzw. in welchem Zeitraum und/oder zu welchem Grad ein Fluid des Fluidkreislaufes zugeführt wurde. Es können auch mehrere Ventilstellungen an mehreren bzw. sämtlichen Abzweigungen des Fluidkreislaufs in dem Vorhersagemodell berücksichtigt werden und mit entsprechenden Sensoren erfasst werden. Ventilstellungen können beispielsweise mittels einer Gebäudeleittechnik (GLT) -Anlage erfasst werden, was eine besonders kostengünstige und effiziente Lösung darstellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eingerichtet sein, Informationen der GLT-Anlage zu empfangen.

[0031] Es ist bekannt, dass eine Ventilstellung V_S eines bestimmten im Fluidkreiskreislauf angeordneten Ventils Auswirkungen auf einen Strömungswiderstand e hat.

[0032] Es gilt:

[0033] Zudem ist bekannt, dass der Druckgradient dP, insbesondere in einem ebenen Rohr, das Produkt aus Strömungswiderstand e , dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids ν und dem Quotienten aus der Fluiddichte ρ und 2 ist.

[0034] Es gilt:

[0035] Wobei die Strömungsgeschwindigkeit v wiederum mit dem Volumenstrom v̇ zusammenhängt.

[0036] Es gilt:

[0037] Wobei A_R die Querschnittsfläche der Rohrleitung ist.

[0038] Folglich können bei erfasster Ventilstellung V_S auch Rückschlüsse auf den Druckgradient dP gezogen werden. Durch Berücksichtigung der Ventilstellung an einer Abzweigung des Fluidkreislaufs kann daher die Genauigkeit des Vorhersagemodells weiter verbessert werden. Die Erfassung der Ventilstellung kann, wie bereits vorstehend erläutert, durch eine GLT-Anlage erfolgen, welche die Information in Bezug auf erfasste Ventilstellungen an die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterleitet. Dies stellt eine besonders kostengünstige Möglichkeit dar die Genauigkeit des Vorhersagemodells zu verbessern, da in diesem Fall keine zusätzlichen Sensoren benötigt werden.

[0039] Durch Berücksichtigung eines Volumenstroms eines Unterfluidkreislaufes können Rückschlüsse gezogen werden, ob und in welcher Höhe den in dem Unterfluidkreislauf angeschlossenen thermischen Verbrauchern, zu welchem Zeitpunkt bzw. in welchem Zeitraum ein Fluid des Fluidkreislaufes zugeführt wurde. Durch Berücksichtigung des Volumenstroms eines Unterfluidkreislaufs kann daher die Genauigkeit des Vorhersagemodells weiter verbessert werden. Es können auch mehrere Volumenströme von mehreren bzw. sämtlichen Unterfluidkreisläufen im Vorhersagemodell berücksichtigt werden und mit entsprechenden Sensoren erfasst werden.

[0040] Durch Berücksichtigung eines Fluiddrucks an einem Leitungsabschnitt des Fluidkreislaufs können direkt Rückschlüsse auf den Druckgradienten dP gezogen werden, wodurch wiederum Rückschlüsse auf den Betrieb des thermischen Verbrauchers im Hinblick auf Zeitpunkt bzw. Zeitraum und/oder Grad gezogen werden können. Durch Berücksichtigung des Fluiddrucks an einem Leitungsabschnitt des Fluidkreislaufs kann daher die Genauigkeit des Vorhersagemodells weiter verbessert werden. Es können auch mehrere Fluiddrücke an mehreren geeignet gewählten Leitungsabschnitten des Fluidkreislaufs im Vorhersagemodell berücksichtigt werden und mit entsprechenden Sensoren erfasst werden.

[0041] Durch Berücksichtigung einer Rücklauftemperatur eines Unterfluidkreislaufs können insbesondere in Zusammenschau mit der Vorlauftemperatur und/oder der Rücklauftemperatur weitere Rückschlüsse bezüglich des Betriebs bestimmter thermischer Verbraucher gezogen werden. Es können auch mehrere Rücklauftemperaturen von mehreren bzw. sämtlichen Unterfluidkreisläufen des Fluidkreislaufs im Vorhersagemodell berücksichtigt werden und mit entsprechenden Sensoren erfasst werden. Durch Berücksichtigung der Rücklauftemperatur eines Unterfluidkreislaufs Fluiddrucks an einem Leitungsabschnitt des Fluidkreislaufs kann daher die Genauigkeit des Vorhersagemodells weiter verbessert werden.

[0042] Durch Berücksichtigung einer Außenlufttemperatur können Rückschlüsse auf einen Wärmeverlust bzw. eine Wärmeabgabe der gesamten Anlage gezogen werden. Des Weiteren kann die Außenlufttemperatur auf die thermischen Verbrauchswerte bestimmter thermischer Verbraucher einen mehr oder weniger ausgeprägten Einfluss haben, was im Vorhersagemodell berücksichtigt werden kann. Durch Berücksichtigung der Außenlufttemperatur kann daher die Genauigkeit des Vorhersagemodells weiter verbessert werden.

[0043] Durch Berücksichtigung einer Raumtemperatur eines Raums der Anlage, insbesondere einer Raumtemperatur des Raumes, in welchem der bestimmte thermische Verbraucher angeordnet ist, können Rückschlüsse auf den thermischen Verbrauchswert des thermischen Verbrauchers gezogen werden, da dieser von der Temperaturdifferenz zwischen Raumtemperatur und Fluidtemperatur abhängt. Es können auch mehrere bzw. sämtliche Raumtemperaturen von mehreren bzw. sämtlichen Räumen der Anlage, in welchen thermische Verbraucher der Anlage angeordnet sind, im Vorhersagemodell berücksichtigt werden und mit entsprechenden Sensoren erfasst werden. Durch Berücksichtigung der Raumtemperatur eines Raums der Anlage kann daher die Genauigkeit des Vorhersagemodells weiter verbessert werden.

[0044] Durch Berücksichtigung einer Raumbelegung eines Raums der Anlage, insbesondere einer Raumbelegung des Raumes, in welchem der bestimmte thermische Verbraucher angeordnet ist, können Rückschlüsse auf den thermischen Verbrauchswert des bestimmten thermischen Verbrauchers gezogen werden. Beispielsweise kann je nach Anlage davon ausgegangen werden, dass bei einem belegten Raum der thermische Verbraucher in Betrieb ist und/oder die Raumtemperatur in einem bestimmten Bereich liegt. Es können auch mehrere bzw. sämtliche Raumbelegungen von mehreren bzw. sämtlichen Räumen der Anlage, in welchen thermische Verbraucher der Anlage angeordnet sind, im Vorhersagemodell berücksichtigt werden und mit entsprechenden Sensoren erfasst werden. Durch Berücksichtigung der Raumbelegung eines Raums der Anlage kann daher die Genauigkeit des Vorhersagemodells weiter verbessert werden.

[0045] Durch Berücksichtigung einer (aktuellen) Uhrzeit und/oder eines (aktuellen) Datums können Rückschlüsse auf die Außentemperaturen und/oder die Sonneneinstrahlung auf die Anlage, und somit auf einen Wärmeverlust bzw. eine Wärmeabgabe der gesamten Anlage bzw. bestimmter Teile der Anlage gezogen werden. Des Weiteren kann die Berücksichtigung der Uhrzeit und/oder des Datums Rückschlüsse auf den Betrieb der thermischen Verbraucher und/oder anderer Einrichtungen der Anlage durch Nutzer der Anlage ermöglichen. Durch Berücksichtigung der Uhrzeit und/oder des Datums kann daher die Genauigkeit des Vorhersagemodells weiter verbessert werden.

[0046] Durch Berücksichtigung einer Intensität einer Sonnenstrahlung auf die Anlage können Rückschlüsse auf einen Wärmeverlust bzw. eine Wärmeabgabe der gesamten Anlage bzw. bestimmter Teile der Anlage gezogen werden. Des Weiteren kann die Intensität der Sonnenstrahlung auf die thermischen Verbrauchswerte bestimmter thermischer Verbraucher einen mehr oder weniger ausgeprägten Einfluss haben, insbesondere auch in Abhängigkeit vom Einstrahlbereich bzw. der Tageszeit (Uhrzeit), was im Vorhersagemodell berücksichtigt werden kann. Durch Berücksichtigung der Intensität der Sonnenstrahlung auf die Anlage kann daher die Genauigkeit des Vorhersagemodells weiter verbessert werden.

[0047] Die physikalischen Zusammenhänge gemäß der vorstehenden Gleichungen 1 bis 7 sowie der nachfolgenden Gleichungen 8 bis 12 können je nach Wahl der Anlagen-Parameter berücksichtigt sein.

[0048] Es ist bekannt, dass eine Wärmeübertragung Q̇_W eines bestimmten thermischen Verbrauchers das Produkt aus Wärmeübergangskoeffizient k, Wärmeabgabefläche A_F des thermischen Verbrauchers und einer Differenz aus einem Temperaturniveau des Fluids T_W des Fluidkreislaufes und einer Raumlufttemperatur T_R ist.

[0049] Es gilt:

[0050] Es ist zudem bekannt, dass dabei das mittlere Temperaturniveau des Fluids T_W in etwa der Mittelwert aus Vorlauftemperatur T_VL und Rücklauftemperatur T_VR ist.

[0051] Es gilt:

[0052] Ferner ist bekannt, dass für den Wärmeübergangskoeffizient k gilt:

[0053] Dabei entspricht z einer Wärmeleitfähigkeit der Hülle des thermischen Verbrauchers und d einer Materialdicke der Hülle des thermischen Verbrauchers.

[0054] Zudem wird der Wärmeübergangswiderstand a_i an der Innenseite des Wärmeübertrages als Funktion einer Strömungsgeschwindigkeit v des Fluids gebildet.

[0055] Es gilt:

[0056] Ferner wird der Wärmeübergangswiderwiderstand a_a an der Außenseite des Wärmeübertrages als Funktion einer Raumluftgeschwindigkeit v_L und einer Leistungsabgabe durch Strahlung Q_S gebildet. Dabei gilt, dass die Leistungsabgabe durch Strahlung Q_S um so größer ist, je größer eine Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche des thermischen Verbrauchers und den Temperaturen der den Raum umschließenden Decken und Wände ist.

[0057] Es gilt:

[0058] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Ermittlungseinheit eingerichtet, mittels des Vorhersagemodells den thermischen Verbrauchswert des bestimmten thermischen Verbrauchers auf Grundlage aktueller sowie vergangener erfasster Anlagen-Parameter zu ermitteln.

[0059] Mit anderen Worten kann die Ermittlungseinheit bzw. das Vorhersagemodell konfiguriert sein, für in der Vergangenheit und/oder in der Zukunft liegende Zeitabschnitte die thermischen Verbrauchswerte des bestimmten thermischen Verbrauchers zu ermitteln, statt die thermischen Verbrauchswerte in Echtzeit lediglich anhand aktueller erfasster Anlagen-Parameter und/oder deren aktueller Veränderung zu ermitteln. Dadurch, dass auch vergangene oder zukünftige (vom Zeitpunkt des zu bestimmenden Messwerts aus betrachtet) erfasste Anlagen-Parameter berücksichtigt werden, kann der thermische Verbrauchswert genauer ermittelt werden, da etwaige Lastsignaturen der thermischen Verbraucher über die Zeit besser erkannt werden können, insbesondere wegen der durch den Fluidkreislauf bedingten Zeitverzögerung bei der Veränderung der Rücklauftemperatur.

[0060] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Vorhersagemodell, das die vorbestimmte Beziehung des thermischen Verbrauchswerts des bestimmten thermischen Verbrauchers zu den Anlagen-Parametern über die Zeit beinhaltet, mittels Einlernens einer künstlichen Intelligenz erstellt.

[0061] Dies bietet den Vorteil, dass physikalische Zusammenhänge in Bezug auf die erfassten Anlagen-Parameter und die thermischen Verbrauchswerte in dem Vorhersagemodell schnell selbständig berücksichtigt werden können, ohne dass diese Zusammenhänge von einem Menschen explizit verstanden werden müssen oder können. Das von der künstlichen Intelligenz erstellte Vorhersagemodell kann in der Ermittlungseinheit abgespeichert werden.

[0062] Als künstliche Intelligenz kann beispielsweise "machine learning", insbesondere "supervised learning" oder "unsupervised learning" oder eine Kombination davon, Anwendung finden. Auch die Anwendung von "reinforcement learning", möglicherweise in Kombination mit den genannten Methoden, ist denkbar.

[0063] Beim "supervised learning" handelt es sich beispielsweise um eine Methode zum selbständigen Erlernen und Anwenden von physikalischen Zusammenhängen aus Datensätzen. In einem ersten Schritt werden Datensätze der Anlagen-Parameter sowie der entsprechenden thermischen Verbrauchswerte bestimmter thermischer Verbraucher der künstlichen Intelligenz zugeführt, wobei die künstlichen Intelligenz zwischen den zugeführten Daten Zusammenhänge erlernt und Verknüpfungen herstellt, sodass das Vorhersagemodell entsteht. Dieses ist sodann in der Lage, diese Zusammenhänge auch auf andere, bisher unbekannte Werte der Anlagen-Parameter anzuwenden.

[0064] In einem weiteren Schritt kann das Vorhersagemodell validiert werden. Es erhält dazu ihm unbekannte Werte für Anlagen-Parameter. Die Ermittlungseinheit ermittelt anhand des Vorhersagemodells für die unbekannten Werte der Anlagen-Parameter entsprechende thermische Verbrauchswerte entsprechender bestimmter thermischer Verbraucher. Diese ermittelten thermischen Verbrauchswerte können in einem dritten Schritt anhand tatsächlich gemessener Werte verglichen werden. Es kann eine Fehlerberechnung durchgeführt werden, so dass eine Qualitätsbestimmung des Vorhersagemodells ermöglicht wird.

[0065] Das (validierte) Vorhersagemodell kann aus ihm unbekannten Werten von Anlagen-Parametern einer ihm unbekannten Anlage mit einer bestimmten Genauigkeit entsprechende thermische Verbrauchswerte für bestimmte thermische Verbraucher der unbekannten Anlage berechnen.

[0066] Beim "unsupervised learning" entfällt der vorstehend beschriebene Einlernprozess. Vielmehr erkennt die künstliche Intelligenz ohne einen solchen Einlernprozess selbstständig aus unbekannten Datensätzen physikalische Zusammenhänge.

[0067] Bevorzugt beinhaltet das Einlernen der künstlichen Intelligenz ein Füttern der künstlichen Intelligenz mit historischen Datensätzen, welche die Anlagen-Parameter sowie den entsprechenden thermischen Verbrauchswert des bestimmten thermischen Verbrauchers beinhalten.

[0068] Mit "Füttern" von Datensätzen ist das Bereitstellen bzw. Eingeben von Datensätzen gemeint. Die historischen Datensätze können mittels einer realen oder simulierten Testanlage erzeugt werden, wobei in der Testanlage neben den Sensoren zum Erfassen der Anlagen-Parameter weitere Sensoren vorgesehen sind, die eine Erfassung des tatsächlichen thermischen Verbrauchswerts des bestimmten thermischen Verbrauchers bzw. mehrerer oder aller thermischen Verbraucher ermöglichen.

[0069] Alternativ oder zusätzlich können die historischen Datensätze mittels der tatsächlichen Anlage selbst erzeugt werden, wobei hierfür vorübergehend Sensoren in der Anlage angeordnet werden, die eine Erfassung des tatsächlichen thermischen Verbrauchswerts des bestimmten thermischen Verbrauchers bzw. mehrerer oder aller thermischen Verbraucher ermöglichen. Insbesondere kann es sich hierbei um drahtlose Sensoren handeln, die einfach montiert und abmontiert werden können.

[0070] In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das Einlernen der künstlichen Intelligenz alternativ oder zusätzlich ein Füttern der künstlichen Intelligenz mit Daten, die mit Hilfe eines Simulationsmodells der Anlage gewonnen wurden.

[0071] Dies bietet den Vorteil, dass auf den aufwendigen Einsatz von kostenintensiver Messtechnik im Rahmen des Einlernens der künstlichen Intelligenz verzichtet werden kann.

[0072] Das Simulationsmodell kann spezifische Parameter des Fluidkreislaufs, beispielsweise betreffend die Rohrleitungskonfiguration, insbesondere Rohrlängen, Rohrdurchmesser, Rohrmaterial, und/oder die Norm (beispielsweise DIN) verwendeter Rohre, oder betreffend das verwendete Fluid, umfassen.

[0073] Zusätzlich oder alternativ kann das Simulationsmodell spezifische Parameter von einem oder mehreren thermischen Verbrauchern und/oder spezifische Parameter der Anlage umfassen. Spezifische Parameter eines thermischen Verbrauchers können beispielsweise sein: die Position im Fluidkreislauf, die nominelle Wärme- bzw. Kälteleistung, Abmessungen der Wärmeübertragungsfläche, Ansprechverhalten und/oder Strömungswiderstand. Spezifische Parameter der Anlagen können beispielsweise sein: Position und/oder Abmessungen der Räume bzw. der Innen- und/oder Außenwände, Wärmeübertragungseigenschaften der Innen- und/oder Außenwände und/oder Parameter betreffend Fenster und Türen der Anlage, beispielsweise Position, Abmessungen und/oder Wärmeübertragungseigenschaften. Es ist denkbar, als Simulationsmodell die Konstruktions- bzw. Dimensionierungsdaten der Anlage, welche mittels einer Konstruktions- bzw. Dimensionierungssoftware für die Anlage erstellt wurden, zu verwenden. Hierdurch kann der Aufwand zum Erzeugen des Vorhersagemodells noch weiter reduziert werden. Dabei könnten die Konstruktions- bzw. Dimensionierungsdaten direkt als Simulationsmodell verwendet werden, oder zunächst geeignet abgewandelt werden. Es ist auch denkbar, das Simulationsmodell auf Grundlage der Konstruktions- bzw. Dimensionierungsdaten lediglich der Heizungs- bzw. Kühlungsanlage oder des Fluidkreislaufs zu erzeugen.

[0074] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung des Weiteren eine Vorhersagemodell-Aktualisierungseinheit auf, die eingerichtet ist, das Vorhersagemodell, insbesondere periodisch oder durch einen Benutzer initiiert, auf Grundlage ein oder mehrerer, jeweils mittels eines entsprechenden Sensors erfassten Parametern, insbesondere der Rücklauftemperatur eines Unterfluidkreislaufs und/oder des Volumenstroms eines Unterfluidkreislaufs, und/oder auf Grundlage einer künstlich erzeugten Veränderung der Vorlauftemperatur des Fluidkreislaufs zu aktualisieren.

[0075] Vorteilhafterweise kann sich das Vorhersagemodell durch die Vorhersagemodell-Aktualisierungseinheit an mögliche Veränderungen der Anlage bzw. der Umgebung anpassen, so dass die Genauigkeit der Bestimmung des thermischen Verbrauchswerts über einen langen Zeitraum auch bei sich verändernden Gegebenheiten aufrechterhalten werden kann.

[0076] Insbesondere können sich bei langer Betriebsdauer Ablagerungen in den Rohren des Fluidkreislaufs und in den thermischen Verbrauchern bilden, die das Strömungsverhalten und/oder das Wärmeübertragungsverhalten verändern können. Bei bekannter Rücklauftemperatur und/oder bekanntem Volumenstrom eines Unterfluidkreislaufs kann, besonders wenn in dem Unterfluidkreislauf lediglich wenige oder nur ein thermischer Verbraucher angeschlossen sind bzw. ist, der thermische Verbrauchswert dieses thermischen Verbrauchers mit einer hohen Genauigkeit bzw. Sicherheit bestimmt werden, so dass hierdurch eine geeignete Aktualisierung bzw. Kalibrierung möglich wird.

[0077] Mittels einer künstlich erzeugten Veränderung der Vorlauftemperatur kann die Zeit, die das Fluid zum Durchlaufen des Fluidkreislaufs vom Vorlauf zum Rücklauf benötigt, mit einer hohen Genauigkeit bzw. Sicherheit bestimmt werden, insbesondere wenn der Veränderung der Vorlauftemperatur eine geeignete, charakteristische Signatur verliehen wird, die im Rücklauf einfach erkennbar ist. Der Verlauf der Rücklauftemperatur über die Zeit erlaubt unter Umständen auch Rückschlüsse darüber, an welchen Position und/oder in welchem Maße der Fluidstrom im Fluidkreislauf in Unterfluidkreisläufe abgezweigt wurde. Daher kann auch auf Grundlage einer künstlich erzeugten Veränderung der Vorlauftemperatur eine geeignete Aktualisierung bzw. Kalibrierung des Vorhersagemodells durchgeführt werden.

[0078] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Anlage, insbesondere ein Gebäude, einen Fluidkreislauf mit einer Vielzahl von daran angeschlossenen thermischen Verbrauchern, und die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer der vorab erläuterten Ausführungsformen auf.

[0079] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Ermitteln eines thermischen Verbrauchswerts eines bestimmten thermischen Verbrauchers unter einer Vielzahl von thermischen Verbrauchern einer Anlage, die an einem Fluidkreislauf angeschlossen sind, einen Verfahrensschritt, in welchem Anlagen-Parametern mittels einer Vielzahl von Sensoren erfasst werden. Zudem umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen Verfahrensschritt, in welchem der thermische Verbrauchswert des bestimmten thermischen Verbrauchers mittels eines Vorhersagemodells auf Grundlage der erfassten Anlagen-Parameter ermittelt wird. Erfindungsgemäß umfassen die Anlagen-Parameter einen Gesamtvolumenstrom, eine Vorlauftemperatur und eine Rücklauftemperatur des Fluidkreislaufes. Zudem beinhaltet das Vorhersagemodell eine vorbestimmte Beziehung des thermischen Verbrauchswerts des bestimmten thermischen Verbrauchers zu den Anlagen-Parametern über die Zeit.

[0080] Das vorstehend zur vorliegenden Vorrichtung Erläuterte gilt entsprechend auch für die vorliegende Anlage und das vorliegende Verfahren.

[0081] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden anhand der begleitenden Zeichnungen näher erläutert.

[0082] Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung einer Methode zum Ermitteln jeweils eines thermischen Verbrauchswertes zugehöriger thermischer Verbraucher einer Anlage gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2

eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Methode zum Ermitteln eines thermischen Verbrauchswertes entsprechender thermischer Verbraucher einer Anlage,

Fig. 3

eine schematische Darstellung einer Anlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines thermischen Verbrauchswerts eines bestimmten thermischen Verbrauchers der Anlage,

Fig. 4

ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines thermischen Verbrauchswerts eines bestimmten thermischen Verbrauchers einer Anlage,

Fig. 5

eine schematische Darstellung einer Arbeitsweise eines Vorhersagemodells, und

Fig. 6

eine grafische Darstellung von Schätzwerten der erfindungsgemäßen Vorrichtung und tatsächlichen Messwerten im Vergleich.

[0083] Wie in Fig. 1 dargestellt, werden zur Erfassung von thermischen Verbrauchswerten einer Vielzahl thermischer Verbraucher 7 einer Anlage gemäß dem Stand der Technik typischerweise die einzelnen thermischen Verbraucher jeweils mit einem Sensor bzw. einer Sensorgruppe S versehen. Der jeweilige Sensor S wird dabei regelmäßig unmittelbar vor oder an den thermischen Verbraucher innerhalb eines zugehörigen Unterfluidkreislaufes angeordnet. Anschließend kann der entsprechende Verbrauchswert der einzelnen thermischen Verbraucher separat mittels des zugehörigen Sensors S erfasst werden.

[0084] Demgegenüber bietet die vorliegende Erfindung, wie in Fig. 2 vereinfacht gezeigt, den Vorteil, dass nicht jeder thermische Verbraucher 7 separat, sondern im Wesentlichen lediglich ein zentraler Anlagenpunkt, d.h. ein Abschnitt eines Gesamtfluidkreislaufes mit Sensoren S bestückt werden muss, um den thermischen Verbrauchswert eines bestimmten thermischen Verbrauchers der Anlage mittels der in Fig. 3 dargestellten und nachfolgend näher erläuterten Vorrichtung bestimmen zu können. Trotz der gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen verringerten Anzahl an Sensoren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung den thermischen Verbrauchswert des bestimmten thermischen Verbrauchers mit hinreichender Genauigkeit bestimmen.

[0085] In Fig. 3 ist eine Anlage 10, vorliegend ein mehrstöckiges Gebäude, dargestellt, in der eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung installiert ist. Die Anlage 10 bzw. die Vorrichtung weist eine Vielzahl von Sensoren auf, welche innerhalb bzw. an der Anlage 10 angeordnet sind, und welche eingerichtet sind, Parameter der Anlage 10, welche auch die Anlagen-Parameter umfassen, zu erfassen.

[0086] Der Fluidkreislauf 3 weist einen Vorlauf 1 und einen Rücklauf 2 auf, welche jeweils in eine von einer Wärme- oder Kältequelle 6, beispielsweise einem Heizkessel, ausgehende Hauptleitung und von dieser abzweigende Teilleitungen unterteilbar sind. Mit anderen Worten kann der Fluidkreislauf 3 als Gesamtfluidkreislauf 3 betrachtet werden, welcher mehrere abzweigende Unterfluidkreisläufe 3a, 3b, 3n aufweist. Innerhalb des Fluidkreislaufes 3 sind die thermischen Verbraucher 7a, 7b, 7n angeordnet, wobei vorliegend jeder thermische Verbraucher 7a, 7b, 7n jeweils einem Unterfluidkreislauf 3a, 3b, 3n zugeordnet ist. Als thermische Verbraucher 7a, 7b, 7n finden vorliegend Heizkörper 7a, 7b, 7n Anwendung, welche zusammen mit den jeweiligen Unterfluidkreisläufen 3a, 3b, 3n jeweils in unterschiedlichen Räumen in unterschiedlichen Stockwerken der Anlage 10 angeordnet sind. Obwohl vorliegend pro Stockwerk ein Unterfluidkreislauf und pro Unterfluidkreislauf 3a, 3b, 3n lediglich ein thermischer Verbraucher 7a, 7b, 7n vorgesehen ist, können in alternativen Ausführungsformen selbstverständlich auch pro Stockwerk mehrere Unterfluidkreisläufe und/oder pro Unterfluidkreislauf mehrere unterschiedliche thermische Verbraucher vorgesehen sein.

[0087] Der Vorlauf 1 des Gesamtfluidkreislaufs 3 kann mit Austritt aus einem als Wärmequelle 6 fungierenden Heizkessel 6 beginnen und an der ersten Abzweigung in einen Unterfluidkreislauf bzw. in einen Heizkörper enden. Der Rücklauf 2 des Gesamtfluidkreislaufs kann bei der letzten Abzweigung von einem Unterfluidkreislauf bzw. einem Heizkörper beginnen und mit Eintritt in den Heizkessel 6 enden. Eine Umwälzpumpe 11 fördert ein vom Heizkessel 6 erwärmtes Fluid bei Bedarf durch Rohrleitungen des Vorlaufes 1 zu den entsprechenden Heizkörpern 7a, 7b, 7n.

[0088] Innerhalb der Hauptleitung des Vorlaufes 1 ist der Sensor 5 angeordnet, welcher eingerichtet ist als einen Anlagen-Parameter die Vorlauftemperatur des Gesamtfluidkreislaufes 3 zu messen. Zudem ist innerhalb der Hauptleitung des Vorlaufes 1 der Sensor 9 angeordnet, welcher eingerichtet ist als einen weiteren Anlagen-Parameter den Gesamtvolumenstrom des Gesamtfluidkreislaufes 3 zu messen. Darüber hinaus befindet sich innerhalb der Hauptleitung des Rücklaufes 2 der Sensor 12, welcher eingerichtet ist als einen weiteren Anlagen-Parameter die Rücklauftemperatur des Gesamtfluidkreislaufes 3 zu messen.

[0089] Auf Grundlage der genannten Anlagen-Parameter kann eine Ermittlungseinheit 8 mittels des der Ermittlungseinheit 8 zugehörigen Vorhersagemodells 50 (siehe Fig. 5) einen thermischen Verbrauchswert eines bestimmten thermischen Verbrauchers 7a, 7b, 7n der Anlage 10 ermitteln.

[0090] Um die Genauigkeit des Vorhersagemodells 50 zu erhöhen kann die Vorrichtung, wie hier, einen oder mehrere weitere Sensoren 13a, 13b, 13n, 4 aufweisen, welche eingerichtet sind weitere Anlagen-Parameter zu erfassen. Beispielsweise kann die Vorrichtung, wie hier, den Sensor 4 aufweisen, welcher eingerichtet ist eine Außentemperatur zu messen. In diesem Zusammenhang umfasst die Vorrichtung zudem mehrere Sensoren 13a, 13b, 13n, welche jeweils eingerichtet sind eine Raumtemperatur eines Raumes des Gebäudes 10 zu erfassen, wobei in jedem Raum jeweils ein thermischer Verbraucher 7a, 7b, 7n angeordnet ist.

[0091] Es sei angemerkt, dass es sich bei der in Fig. 3 gezeigten Anlage 10 um eine Testanlage handelt, in der auch Sensoren zum Sammeln von Datensätzen zur Erstellung des Vorhersagemodells installiert sind. Die Sensoren 5a, 5b, 5n zum Messen der Vorlauftemperaturen der jeweiligen Unterfluidkreisläufe 3a, 3b, 3n, die Sensoren 9a, 9b, 9n zum Messen der Volumenströme der jeweiligen Unterfluidkreisläufe 3a, 3b, 3n und die Sensoren 12a, 12b, 12n zum Messen der Rücklauftemperaturen der jeweiligen Unterfluidkreisläufe 3a, 3b, 3n werden von der letztendlichen Vorrichtung zum Ermitteln des thermischen Verbrauchswerts des bestimmten thermischen Verbrauchers der Anlage nicht benötigt. Die Sensoren 5a, 5b, 5n, 9a, 9b, 9n, 12a, 12b und 12n ermöglichen jedoch eine eindeutige Bestimmung des thermischen Verbrauchswerts der jeweiligen Unterfluidkreisläufe 3a, 3b und 3n bzw. der jeweiligen thermischen Verbraucher 7a, 7b und 7n, so dass durch Sammeln der Messdaten Datensätze erzeugt werden können, die in Bezug zu Datensätzen gesammelter Messdaten betreffend die von den Sensoren der Vorrichtung zu erfassenden Anlagen-Parameter gesetzt werden können, um das Vorhersagemodell zu erstellen. Die Messdaten der Sensoren 5a, 5b, 5n, 9a, 9b, 9n, 12a, 12b und 12n der Testanlage 10 können nach dem Erstellen des Vorhersagemodells auch dazu verwendet werden, die anschließend mittels des Vorhersagemodells ermittelten thermischen Verbrauchswerte mit den tatsächlich gemessenen thermischen Verbrauchswerten zu vergleichen, um das Vorhersagemodell zu validieren bzw. eine Fehlerschätzung vorzunehmen.

[0092] Vorliegend umfassen die Anlagen-Parameter, auf deren Grundlage die Ermittlungseinheit 8 der Vorrichtung die thermischen Verbrauchswerte der thermischen Verbraucher 7a, 7b, 7n bestimmt, den Gesamtvolumenstrom des Gesamtfluidkreislaufs, die Vorlauftemperatur des Gesamtfluidkreislaufs, Rücklauftemperatur des Gesamtfluidkreislaufs, die Außentemperatur und die Innentemperatur bzw. Raumtemperatur der jeweiligen Stockwerke bzw. Räume, in denen die jeweiligen thermischen Verbraucher 7a, 7b, 7n angeordnet sind. Diese Anlagen-Parameter werden von den Sensoren 4, 5, 9, 12, 13a, 13b und 13n der Vorrichtung erfasst. Die Sensoren 4, 5, 9, 12, 13a, 13b und 13n sind entsprechend auch in der Testanlage 10 angeordnet, wobei die Testanlage 10 des Weiteren die Sensoren 5a, 5b, 5n, 9a, 9b, 9n, 12a, 12b und 12n aufweist, um die historischen Datensätze zum Erstellen des Vorhersagemodells zu erzeugen. Sobald mittels der Testanlage 10 das Vorhersagemodell erstellt wurde, kann die Vorrichtung in eine gleich oder ähnlich konfigurierte Anlage installiert werden, wobei dann jedoch die Sensoren 5a, 5b, 5n, 9a, 9b, 9n, 12a, 12b und 12n nicht mehr benötigt werden, um den thermischen Verbrauchswert eines, mehrerer oder sämtlicher thermischen Verbraucher 7a, 7b, 7n zu ermitteln. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Vorrichtung jedoch einzelne, nicht sämtliche, der Sensoren 5a, 5b, 5n, 9a, 9b, 9n, 12a, 12b und 12n umfassen, um die Genauigkeit bei der Ermittlung des thermischen Verbrauchswerts zu erhöhen und/oder um das Vorhersagemodell im Laufe des Betriebs in der Anlage aktualisieren bzw. kalibrieren zu können.

[0093] Die Daten können auch simulativ mit Hilfe einer dynamischen Simulation der entsprechenden Anlage erzeugt werden.

[0094] In der vorliegenden Ausführungsform wird das Vorhersagemodell mittels einer künstlichen Intelligenz erstellt. Hierzu werden zunächst die Messdaten sämtlicher Sensoren 4, 5, 5a, 5b, 5n, 9, 9a, 9b, 9n, 12, 12a, 12b, 12n, 13a, 13b, 13n über einen Zeitraum einer Heizperiode oder einer Kühlperiode, d.h. von etwa 6 bis 12 Monaten, gesammelt und gespeichert, während die Anlage 10 von Personen genutzt wird. Insbesondere werden während dieser Zeit die thermischen Verbraucher 7a, 7b, 7n von den Nutzern nach ihren jeweiligen Bedürfnissen betrieben und verwendet. Wie in Fig. 3 dargestellt, kann das Sammeln und Speichern der Messdaten mittels der Ermittlungseinheit 8, alternativ mittels eines handelsüblichen Rechners erfolgen. Anschließend oder auch schon bereits während dem Sammeln der Messdaten werden die gesammelten und gespeicherten Messdaten (d.h. die historischen Datensätze) einer künstlichen Intelligenz gefüttert bzw. zur Verfügung gestellt. Die künstliche Intelligenz erkennt mittels sogenannter "Random Forests" und/oder "Convolutional Neural Networks (CNNs)" und/oder "Recurrent Neural Networks (RNNs)" Zusammenhänge zwischen den Messdaten und somit auch Zusammenhänge zwischen den Messdaten der Sensoren 4, 5, 9, 12, 13a, 13b und 13n, welche die Anlagen-Parameter darstellen, und den Messdaten der Sensoren 5a, 5b, 5n, 9a, 9b, 9n, 12a, 12b und 12n, welche die thermischen Verbrauchswerte der jeweiligen thermischen Verbraucher 7a, 7b, 7n darstellen. Durch das Einlernen der künstlichen Intelligenz mittels der gesammelten und gespeicherten Messdaten wird das Vorhersagemodell erzeugt und in der Ermittlungseinheit 8 abgespeichert. Das Einlernen der künstlichen Intelligenz und/oder das Erzeugen des Vorhersagemodells kann mittels der Ermittlungseinheit 8 selbst, alternativ mittels eines handelsüblichen Rechners mit ausreichender Rechenleistung erfolgen.

[0095] Sobald das Vorhersagemodell erzeugt und in der Ermittlungseinheit 8 abgespeichert ist, kann die Vorrichtung in einer gleich oder ähnlich konfigurierten Anlage installiert werden, wobei diese Anlage jedoch nicht mehr die Sensoren 5a, 5b, 5n, 9a, 9b, 9n, 12a, 12b und 12n aufweist. Alternativ können die Sensoren 5a, 5b, 5n, 9a, 9b, 9n, 12a, 12b und 12n als mobile bzw. provisorische Sensoren konfiguriert sein, welche nach dem Erzeugen des Vorhersagemodells von der Anlage 10 einfach deinstalliert werden können. Wie anhand von Fig. 4 dargestellt, werden beim Einsatz der Vorrichtung in der letztendlich installierten Anlage in einem Verfahrensschritt 200 zunächst die Anlagen-Parameter erfasst. Genauer werden in diesem Verfahrensschritt 200 mittels der vorstehend genannten und in Fig. 3 gezeigten Sensoren 5, 9, 12, 4, und 13a, 13b, 13n die Vorlauftemperatur des Gesamtfluidkreislaufes 3, der Volumenstrom des Gesamtfluidkreislaufes 3, die Rücklauftemperatur des Gesamtfluidkreislaufes 3, die Außentemperatur und die jeweiligen Raumtemperaturen der Räume der Anlage 10, in welchen die thermischen Verbraucher 7a, 7b, 7n angeordnet sind, erfasst. Mit anderen Worten umfasst die in der letztendlichen Anlage installierte Vorrichtung nicht mehr die in Fig. 3 grau hinterlegten Sensoren 5a, 5b, 5n, 9a, 9b, 9n und 12a, 12b, 12n in den entsprechenden Unterfluidkreisläufen 3a, 3b, 3n.

[0096] Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden nach dem Erfassen 200 der genannten Anlagen-Parameter diese in einem weiteren Verfahrensschritt 300 in einer Speichereinheit der Ermittlungseinheit 8 gespeichert.

[0097] In einem weiteren Verfahrensschritt 400 werden die erfassten und gespeicherten Anlagen-Parameter durch die Ermittlungseinheit 8 in ein kombiniertes Format gebracht, welches eine Verarbeitung mittels des ebenfalls in der Ermittlungseinheit 8 gespeicherten Vorhersagemodells ermöglicht.

[0098] In einem weiteren Verfahrensschritt 500 wird der von dem Vorhersagemodell vorhergesagte Zustand der Anlage 10 von der Ermittlungseinheit ermittelt und ausgegeben. Mit anderen Worten werden die vom Vorhersagemodell für die jeweiligen Unterfluidkreisläufe 3a, 3b, 3n zugehörigen Parameter Vorlauftemperatur, Rücklauftemperatur und Volumenstrom ausgegeben. Im vorliegenden Fall wird der entsprechende thermische Verbrauchswert der bestimmten thermischen Verbraucher 7a, 7b, 7n also zunächst nicht explizit, sondern implizit ermittelt. Die Ermittlungseinheit kann nachfolgend die entsprechenden thermischen Verbrauchswerte der bestimmten thermischen Verbraucher 7a, 7b, 7n auch explizit bestimmen und ausgeben.

[0099] Wie in Fig. 5 vereinfacht dargestellt, werden dem mittels "machine learning" erstellten Vorhersagemodell 50 diesem unbekannte Daten 25 einer diesem unbekannten Anlage zugeführt. Das Vorhersagemodell 50 kann anschließend aus den unbekannten Daten 25 mit einer im Validierungsprozess bestimmbaren Genauigkeit Daten 75 in Bezug auf thermische Verbrauchswerte bestimmter thermischer Verbraucher vorhersagen.

[0100] Das in Fig. 6 dargestellte Diagramm zeigt einen Tagesverlauf der von den Sensoren 9 und 9n in einem Testgebäude erfassten Volumenströme. Dabei zeigt der gepunktete Graph den von dem Sensor 9 erfassten Gesamtvolumenstrom der Anlage 10. Demgegenüber zeigt der mittels durchgezogener Linie dargestellte Graph den vom Sensor 9n im ersten Obergeschoss der Anlage 10 erfassten Volumenstrom des Unterfluidkreislaufes n. Zudem ist der Verlauf des durch das Vorhersagemodell bestimmten Volumenstroms des Unterfluidkreislaufes n gestrichelt dargestellt. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, weist der vom Vorhersagemodell bestimmte Vorhersagewert für den Volumenstrom des Unterfluidkreislaufes n in der ersten Heizphase von ca. 06:15 Uhr bis 08:30 Uhr gegenüber dem vom Sensor 9n erfassten Volumenstrom noch kleinere Abweichungen auf. In der zweiten Heizphase von ca. 22:15 Uhr bis 23:45 Uhr liegen die vom Sensor 9n erfassten Messwerte sowie die vom Vorhersagemodell bestimmten Vorhersagewerte sehr nah beieinander. Grund hierfür ist, dass dem Vorhersagemodell zu Beginn der ersten Heizphase noch nicht ausreichend historische Daten vorliegen, die Aufschluss über das Zeitverhalten der Parameter geben könnten. In der zweiten Heizphase liegen dem Vorhersagemodell diese Daten vor und werden in die Vorhersage mit einbezogen. Fig. 6 zeigt deutlich, dass das Vorhersagemodell bereits mit der zweiten Heizphase einen beinahe mit den Messwerten identischen Verlauf des Volumenstroms des Unterfluidkreislaufs n vorhersagen kann. Entsprechend verhält es sich auch für die mittels des Vorhersagemodells ermittelten Vorlauf- und Rücklauftemperaturen sowie der Wärmeleistung und der Wärmeenergie der Unterfluidkreisläufe. Es wäre alternativ oder zusätzlich auch möglich, die Wärmeleistung bzw. die Wärmeenergie der Unterfluidkreisläufe mittels des Vorhersagemodells zu ermitteln. Es sind auch Anlagenkonfigurationen denkbar, bei denen die Vorlauftemperatur eines Unterfluidkreislaufs etwa der Vorlauftemperatur des Gesamtfluidkreislaufs entspricht, wobei dann auf eine Vorhersage der Vorlauftemperatur des entsprechenden Unterfluidkreislaufs mittels des Vorhersagemodells verzichtet werden kann. Durch Berücksichtigung weiterer Anlagen-Parameter und/oder durch Einlernen mittels weiterer Datensätze kann die Genauigkeit noch weiter gesteigert werden.

Bezugszeichenliste

[0101] 

1

Vorlauf

2

Rücklauf

3

Fluidkreislauf/Gesamtfluidkreislauf

3a,3b, 3n

Unterfluidkreislauf

4

Sensor Außentemperatur

5

Sensor Vorlauftemperatur Gesamtfluidkreislauf

5a, 5b, 5n

Sensor Vorlauftemperatur Unterfluidkreislauf

6

Wärme- oder Kältequelle

7

Vielzahl thermischer Verbraucher

7a, 7b, 7n

bestimmter thermischer Verbraucher

8

Ermittlungseinheit

9

Sensor Gesamtvolumenstrom Gesamtfluidkreislauf

9a, 9b, 9n

Sensor Volumenstrom Unterfluidkreislauf

10

Anlage

11

Umwälzpumpe

12

Sensor Rücklauftemperatur Gesamtfluidkreislauf

12a, 12b, 12n

Sensor Rücklauftemperatur Unterfluidkreislauf

13a, 13b, 13n

Sensor Raumlufttemperatur

25

Unbekannte Daten

50

Vorhersagemodell

75

Vorhergesagte Daten

200

Erfassen von Anlagen-Parametern

300

Speichern von Anlagen-Parametern

400

Bereitstellen der Anlagen-Parameter dem Vorhersagemodell

500

Ausgeben des vorhergesagten Zustands der Anlage

S

Sensoren

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Ermitteln eines thermischen Verbrauchswerts eines bestimmten thermischen Verbrauchers unter einer Vielzahl von thermischen Verbrauchern (7a, 7b, 7n) einer Anlage (10), die an einem Fluidkreislauf (3) angeschlossen sind, wobei die Vorrichtung aufweist:

eine Vielzahl von Sensoren (4, 5, 5a, 5b, 5n, 9, 9a, 9b, 9n, 12, 12a, 12b, 12n, 13a, 13b, 13n), die jeweils eingerichtet sind einen Anlagen-Parameter zu erfassen, und

eine Ermittlungseinheit (8), die eingerichtet ist, mittels eines Vorhersagemodells (50) den thermischen Verbrauchswert des bestimmten thermischen Verbrauchers auf Grundlage der erfassten Anlagen-Parameter zu ermitteln,

wobei die Anlagen-Parameter einen Gesamtvolumenstrom, eine Vorlauftemperatur und eine Rücklauftemperatur des Fluidkreislaufes (3) umfassen, und

wobei das Vorhersagemodell (50) eine vorbestimmte Beziehung des thermischen Verbrauchswerts des bestimmten thermischen Verbrauchers zu den Anlagen-Parametern über die Zeit beinhaltet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anlagen-Parameter des Weiteren ein oder mehrere der folgenden, jeweils mittels eines entsprechenden Sensors (4, 5a, 5b, 5n, 9a, 9b, 9n, 12a, 12b, 12n, 13a, 13b, 13n) erfassten Parameter umfassen: eine Stromaufnahme einer Umwälzpumpe (11) des Fluidkreislaufs (3), eine Ventilstellung an einer Abzweigung des Fluidkreislaufs (3), eine Rücklauftemperatur eines Unterfluidkreislaufs (3a, 3b, 3n), ein Volumenstrom eines Unterfluidkreislaufs (3a, 3b, 3n), eine Außenlufttemperatur, ein Fluiddruck an einem Leitungsabschnitt des Fluidkreislaufs (3), eine Raumtemperatur eines Raums der Anlage (10), eine Raumbelegung eines Raums der Anlage (10), eine Uhrzeit, ein Datum und/oder eine Intensität einer Sonnenstrahlung auf die Anlage (10).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ermittlungseinheit (8) eingerichtet ist, mittels des Vorhersagemodells (50) den thermischen Verbrauchswert des bestimmten thermischen Verbrauchers auf Grundlage aktueller sowie vergangener erfasster Anlagen-Parameter zu ermitteln.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Vorhersagemodell (50), dass die vorbestimmte Beziehung des thermischen Verbrauchswerts des bestimmten thermischen Verbrauchers zu den Anlagen-Parametern über die Zeit beinhaltet, mittels Einlernen einer künstlichen Intelligenz erstellt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Einlernen der künstlichen Intelligenz beinhaltet:
Füttern der künstlichen Intelligenz mit historischen Datensätzen, welche die Anlagen-Parameter sowie den entsprechenden thermischen Verbrauchswert des bestimmten thermischen Verbrauchers beinhalten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Einlernen der künstlichen Intelligenz beinhaltet:
Füttern der künstlichen Intelligenz mit Daten, die mit Hilfe eines Simulationsmodells der Anlage (10) gewonnen wurden.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend eine Vorhersagemodell-Aktualisierungseinheit, die eingerichtet ist, das Vorhersagemodell (50) auf Grundlage ein oder mehrerer, jeweils mittels eines entsprechenden Sensors erfassten Parametern und/oder auf Grundlage einer künstlich erzeugten Veränderung der Vorlauftemperatur des Fluidkreislaufs (3) zu aktualisieren.

8. Verfahren zum Ermitteln eines thermischen Verbrauchswerts eines bestimmten thermischen Verbrauchers unter einer Vielzahl von thermischen Verbrauchern (7a, 7b, 7n) einer Anlage (10), die an einem Fluidkreislauf (3) angeschlossen sind, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

Erfassen (200) von Anlagen-Parametern mittels einer Vielzahl von Sensoren (4, 5, 5a, 5b, 5n, 9, 9a, 9b, 9n, 12, 12a, 12b, 12n, 13a, 13b, 13n), und

Ermitteln (400) des thermischen Verbrauchswerts des bestimmten thermischen Verbrauchers (7a, b, n) mittels eines Vorhersagemodells (50) auf Grundlage der erfassten Anlagen-Parameter,

wobei die Anlagen-Parameter einen Gesamtvolumenstrom, eine Vorlauftemperatur und eine Rücklauftemperatur des Fluidkreislaufes umfassen, und

wobei das Vorhersagemodell (50) eine vorbestimmte Beziehung des thermischen Verbrauchswerts des bestimmten thermischen Verbrauchers zu den Anlagen-Parametern über die Zeit beinhaltet.

9. Anlage (10), insbesondere Gebäude, aufweisend:

einen Fluidkreislauf (3) mit einer Vielzahl von daran angeschlossenen thermischen Verbrauchern (7a, 7b, 7n), und

die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

Zeichnung